CN103401407A - 一种h桥级联型高压变流器的故障保护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种H桥级联型高压变流器的故障保护方法，属于大功率变流器技术领域。本发明在变压器和功率单元之间设置一个断路器，当出现故障功率单元后，首先封锁所述故障功率单元中IGBT的触发脉冲，将断路器断开，然后旁路所述故障功率单元；调整三相输出电压均衡；判断所述故障功率单元的故障类型：如果为不可恢复故障，则维持所述故障功率单元的旁路状态直至停机检修；如果为可恢复故障，待故障消失后，恢复所述故障功率单元与变压器的连接，将所述故障功率单元在线重新投入使用。在实际应用中，本发明可以保证高压变流器的输出能力，提高高压变流器输出品质，减少停机维修时间，实现H桥级联型高压变流器稳定运行。
Description
技术领域
本发明属于大功率变流器技术领域，特别是提供了一种H桥级联型高压变流器的故障保护方法。
背景技术
H桥级联型高压变流器是大功率传动系统中最为广泛的变流器拓扑结构之一，它是由多个单相低压H桥功率单元组成的，把每个功率单元的交流输出串联连接，来提升输出电压，并减小输出电压的谐波。由于采用了相同的功率单元串联的方式，不存在器件之间的动态和静态均压问题，故便于模块化设计和制造，利于更换和维护，有效降低了成本。该变流器具有对电网谐波污染小，输入功率因数高，不必采用滤波和功率补偿装置等明显优势。
由于H桥级联型高压变流器由多个H桥功率单元构成，包含大量元器件，因此故障点和故障概率也随之增大。为保证高压变流器的长时间稳定运行，当有一个或多个功率单元发生故障时，旁路故障功率单元，并配合相应的控制策略保证输出的三相电压均衡。H桥级联型高压变流器可以采用故障单元旁路的方法提高系统的可靠性，因而在比较重要的中高压大功率交流电机调速系统中得到了广泛的应用。
发明内容
本发明的目的在于提出一种H桥级联型高压变流器的故障保护方法，在实际应用中，本发明可以保证高压变流器的输出能力，提高高压变流器输出品质，减少停机维修时间，实现H桥级联型高压变流器稳定运行。
本发明所述的一种H桥级联型高压变流器的故障保护方法包括以下步骤：
1、检测到某个功率单元出现故障时，将该功率单元作为故障功率单元。首先封锁所述故障功率单元中IGBT的触发脉冲，将所述故障功率单元与变压器的连接断开，然后旁路所述故障功率单元；
2、调整三相输出电压均衡；
所述的调整方法包括中性点漂移法、调幅法和对称旁通法。
3、判断所述故障功率单元的故障类型：如果为不可恢复故障，则维持所述故障功率单元的旁路状态直至停机检修；如果为可恢复故障，待故障消失后，恢复所述故障功率单元与变压器的连接，将所述故障功率单元在线重新投入使用。
本发明所述的H桥级联型高压变流器的故障保护方法，所述功率单元通过断路器与变压器连接，有效防止故障的进一步扩大，提高了故障功率单元的可恢复性，易于实现功率单元的在线重新投入使用，减少停机维修时间，实现H桥级联型高压变流器稳定运行。
附图说明
图1为单个H桥功率单元的电路原理图。
图2为由图1所示的H桥功率单元串联构成的H桥级联型高压变流器结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
H桥功率单元主电路拓扑如图1所示，Q1为断路器，D1～D6为二极管，S1～S4为IGBT（绝缘栅双极型晶体管），Q2为旁路开关，H桥功率单元由三相二极管整流桥、滤波电容、IGBT全桥逆变等构成；H桥级联型高压变流器系统电路拓扑如图2所示，三相交流输入经移相变压器隔离、移相分别送至各个H桥功率单元，多个H桥功率单元级联，输出至高压交流电机M。
本发明实施例提供了一种H桥级联型高压变流器的故障保护方法，所述方法包括：
在变压器副边与H桥功率单元之间连接一个断路器Q1，断路器Q1的进线端分别连接在二极管D1和D2之间、D3和D4之间、D5和D6之间。
当检测到某个H桥功率单元出现故障时（称为故障功率单元），控制系统首先封锁该故障功率单元IGBT（S1～S4）的触发脉冲，断开所述故障功率单元与变压器之间的断路器Q1，然后通过闭合旁路开关Q2旁路所述故障功率单元，如图1所示。
所述的H桥级联型高压变流器采用某种控制策略保证三相输出电压均衡。
所述的控制策略可以是现有技术中的中性点漂移法、调幅法、对称旁通法和功率单元N+1冗余备份方法。参见参考文献[1]：对级联型高压变频器容错技术的研究，杨振宇等，江苏电机工程，第28卷第2期，2009年3月；参考文献[2]：H桥级联型高压变频器技术研究，孙敬华等，电力电子装置，中国电力电子产业发展高峰论坛，论文集。
所述的H桥级联型高压变流器的控制系统自动检测所述故障功率单元的故障类型。若检测到的故障为不可恢复故障，不再将所述故障功率单元接入H桥级联型高压变流器的输出，即一直旁路该故障功率单元，待停机检修时更换所述故障功率单元。若检测到的故障为可恢复故障，H桥级联型高压变流器的控制系统将故障复位，然后吸合所述故障功率单元与变压器之间的断路器Q1，在线将所述故障功率单元重新投入使用（即断开旁路开关Q2）。
所述的可恢复故障，如直流瞬时过压、瞬时过流、短时过温。这几种故障在特殊的工况下可能会出现，这些值超过了保护的阈值，但是并没有造成不可逆的损坏。报这种故障的H功率单元在切断后，这些故障会消除。
所述的不可恢复故障，主要指硬件损毁等恶性情况，主要有：IGBT器件损坏、IGBT驱动损坏，这两种故障的现象是IGBT驱动报警，可统称为IGBT故障；电容击穿故障。
Claims (5)
1.一种H桥级联型高压变流器的故障保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、对H桥级联型高压变流器进行检测，得到故障功率单元；
封锁所述故障功率单元中IGBT的触发脉冲，将所述故障功率单元与变压器的连接断开，然后旁路所述故障功率单元；
步骤二、调整三相输出电压均衡；
步骤三、判断所述故障功率单元的故障类型：如果为不可恢复故障，则维持所述故障功率单元的旁路状态直至停机检修；如果为可恢复故障，待故障消失后，恢复所述故障功率单元与变压器的连接，将所述故障功率单元在线重新投入使用。
2.根据权利要求1所述的一种H桥级联型高压变流器的故障保护方法，其特征在于：步骤二中所述的调整方法为中性点漂移法、调幅法、对称旁通法或功率单元N+1冗余备份方法。
3.根据权利要求1所述的一种H桥级联型高压变流器的故障保护方法，其特征在于：所述的故障功率单元与变压器的连接断开是指将断路器断开。
4.根据权利要求1所述的一种H桥级联型高压变流器的故障保护方法，其特征在于：所述的可恢复故障，包括直流瞬时过压、瞬时过流和短时过温，可恢复故障并没有造成不可逆的损坏，在H功率单元在切断后，这些故障会消除；
所述的不可恢复故障，指硬件损毁情况，包括IGBT故障和电容击穿故障。
5.一种H桥级联型高压变流器的故障保护装置，其特征在于：在所述的在变压器副边与H桥功率单元之间连接一个断路器，断路器的进线端分别连接在二极管D1和D2之间、D3和D4之间、D5和D6之间。
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